Badania nieniszczące w praktyce inspekcji dozorowej

Grzegorz wojas
Badania nieniszczące
w praktyce inspekcji dozorowej
nondestructive testing
in polish inspection practice
Streszczenie
abstract
Referat głównie dotyczy stosowania badań nieniszczących w praktyce inspekcji dozorowej w celu oceny
stanu eksploatowanych urządzeń technicznych. w diagnostyce urządzeń technicznych stosowane są najczęściej metody konwencjonalne, obecnie, coraz częściej
tzw. techniki przesiewowe o charakterze jakościowym,
stosowane głównie do wykrywania obszarów uszkodzeń,
np. korozji w rurach i zbiornikach, a nie ich wielkości.
na wstępie referatu przedstawiona została krótka historia dozorowych badań diagnostycznych w Polsce.
The paper describes non-destructive techniques and
methods applied in inspection process. Diagnostic procedures of technical devices, vessels etc. are based on
conventional nDT methods usage. nowadays, there is
a growing interest in qualitative screening techniques
dedicated to identifying areas where degradation or discontinuities are expected.
In this paper the short historical review of polish technical inspection is presented as well.
Słowa kluczowe: inspekcja, badania nieniszczące,
historia badań diagnostycznych
Keywords: inspection, nondestructive testing, history
of diagnostic tests
Wstęp
Temat przewodni 43 Krajowej Konferencji Badań
nieniszczących „nowoczesne badania nieniszczące
podstawą bezpieczeństwa techniki” wpisuje się jednoznacznie w rolę dozoru technicznego, któremu przypisano w naszym kraju zadanie polegające na działaniach zmierzających do zapewnienia bezpiecznej
eksploatacji urządzeń technicznych, a w szczególności
do uzyskania akceptowalnego poziomu bezpieczeństwa ich eksploatacji. wykorzystuje się w tym celu
wyniki badań nieniszczących częstokroć podejmując
na ich podstawie decyzję o dopuszczeniu urządzeń
do eksploatacji. Także w obszarze oceny zgodności
z wymaganiami przepisów europejskich nDT odgrywają niepoślednią rolę.
Rola badań nieniszczących w utrzymywaniu bezpieczeństwa urządzeń technicznych jest więc nie do przecenienia. Znaczenie takich badań w europejskim systemie bezpieczeństwa, w rozwijających się systemach
analizy ryzyka w eksploatacji urządzeń niebezpiecznych, wynikające z wymagań przepisów europejskich,
ale także ze względów ekonomicznych, jest niezwykle
istotne.
Diagnostyka stanu technicznego urządzeń i ekspertyzy techniczne opierają się w głównej mierze na wynikach badań nieniszczących w tradycyjnym tego słowa
znaczeniu oraz na badaniach, które również nie powodują niszczenia badanego obiektu, a wykorzystują
podstawy badań niszczących, np. badanie mikrostruktury metodą replik triafolowych.
Rozwój diagnostyki urządzeń technicznych w celu
nadzorowania bezpieczeństwa ich eksploatacji sięga
Dr inż. Grzegorz Wojas – Urząd Dozoru Technicznego
Autor korespondencyjny/Corresponding author: [email protected]
Przegląd sPawalnictwa Vol. 86 nr 10/2014
25
początków dwudziestego wieku, kiedy to utworzono
warszawskie Stowarzyszenie dla Dozoru nad Kotłami Parowymi, a które w Ustawie zapisane miało cel:
„dokonywanie badań, rewizji i prób kotłów parowych”.
Ponadto Stowarzyszenie miało za zadanie „okazywać
pomoc naukową i techniczną w zakresie stosowania
ich w przedsiębiorstwach wszelkiego rodzaju energii
motorowej”[1]. Dla osiągnięcia celu Stowarzyszenie
miało m.in. następujące prawa:
– „dokonywać badań, rewizji i prób kotłów parowych,
motorów, i instalacji elektrycznych oraz zarządzać
środki dla zapobiegania ich uszkodzeniu,
– przygotowywać palaczy, maszynistów elektromonterów, urządzać w tym celu szkoły oraz kursy,...laboratoria, stacje doświadczalne…itp.”[1].
Badania i ekspertyzy
w początkach działalności
polskiego dozoru technicznego
Początek XX wieku
Rozwój budowy pierwszych kotłów parowych, a następnie zbiorników ciśnieniowych jeszcze przed 1900
rokiem, konstruowanych w sposób „rzemieślniczy”,
spowodował konieczność ich badania i nadzorowania w celu zapobiegania awariom i nieszczęśliwym
wypadkom. Podstawowymi działaniami mającymi zapewnić ich bezpieczeństwo były rewizje wewnętrzne
i zewnętrzne, obejmujące ocenę stanu konstrukcji, połączeń kotła, sprawdzanie znajomości zasad obsługi
przez personel. na początku XX wieku stowarzyszenia
dozorowe rozszerzały zakres czynności poprzez wprowadzenie próby wodnej i rewizji kotłów w ruchu, wprowadzając jednocześnie okresowość badań. wszystkie
działania w tym czasie, dalekie od rzetelnej diagnostyki, polegały wyłącznie na oględzinach.
w tym czasie m.in. w Monachium, wiedniu, Berlinie zaczęły powstawać stacje doświadczalne „dla prób
w zakresie bardzo ścisłych dociekań wzorem laboratoriów wyższych zakładów naukowych”. warszawskie
Stowarzyszenie dla Dozoru nad Kotłami Parowymi już
w 1912 roku utworzyło Biuro Porad Technicznych i Ekspertyz. Biuro było wyposażone w „komplet odpowiednich przyrządów pomiarowych i prowadziło badania
m.in. kotłów, silników oraz instalacji parowych”. Planowano wybudowanie w warszawie stacji doświadczalnej, niestety wybuch I. wojny światowej pokrzyżował
te plany. Zachował się opis przewidywanych korzyści
wynikających z dysponowania taką stacją:
„Stacja oddaje poważne usługi miejscowemu przemysłowi, a mianowicie, dokonując najrozmaitszych
prób doświadczalnych a mianowicie: (…) badania procesu spalania i odparowalności wszelkiego rodzaju paliwa, próby i oznaczenia praktycznej przystosowalności
i celowości wszelkiego rodzaju armatury do kotłów parowych, przewodów rurowych, silników, (…) zaworów
redukcyjnych (…)”.
26
Przegląd sPawalnictwa Vol. 86 nr 10/2014
Dwudziestolecie międzywojenne
Po I. wojnie światowej warszawskie Stowarzyszenie wznowiło działalność laboratoryjno-ekspertyzową.
Powstał Instytut Termiczny dla prowadzenia badań gospodarki cieplnej i kotłowej w przemyśle naftowym.
Śląskie Stowarzyszenie zaś zajmowało się badaniami urządzeń elektrycznych, ochrony odgromowej
kotłów oraz pomiarami cieplno-energetycznymi i analizami wody, węgla i spalin.
Stowarzyszenie Dozoru Kotłów w Poznaniu w okresie międzywojennym dysponowało bardzo prężnym
zapleczem laboratoryjno-ekspertyzowym. w Poznaniu powstał dział „indykacji kotłów parowych” – ustawiania rozrządu pary oraz Oddział Badań Cieplnych,
który prowadził badania cieplne i energetyczne kotłów.
Oddział wyposażono w nowoczesne, jak na ówczesne
czasy, importowane przyrządy firmy Metroplolitan Vickers. Pomieszczenia oddziału oraz jego wyposażenie
przetrwały okres II wojny, uległy zniszczeniu w 1945 r.
u progu wyzwolenia. Oddział Elektrotechniczny i wzorcownię liczników elektrycznych prowadził badania
urządzeń elektrycznych i odgromowych, legalizację
i regulację liczników elektrycznych (wzorcownia liczników odsprzedana jest w 1933 r. Głównemu Urzędowi
Miar). w strukturze OBC działało również Laboratorium wodno – Kalorymetryczne.
Pierwsze badania materiałowe wdrażane były dopiero po 1930 r. i tylko w Stowarzyszeniu Dozoru Kotłów
w Poznaniu. Od 1936 roku Stowarzyszenie w Poznaniu dysponowało własnym laboratorium wytrzymałościowo-metalograficznym. Inne Stowarzyszenia korzystały z laboratoriów szkół technicznych.
Okres powojenny
Okres okupacji to biała karta w historii działalności
w zakresie prowadzenia badań laboratoryjnych. Po 15
lutego 1945 r., zaraz po wyzwoleniu Poznania, wznowiło działalność Stowarzyszenie Dozoru Kotłów w Poznaniu, gdzie kilka tygodni późnej uruchomiono laboratorium wytrzymałościowo-metalograficzne. Ze względu
na trudności lokalowe badania cieplno-energetyczne
wznowiono dopiero w 1948 r.
Stowarzyszenie w Katowicach również wznowiło działalność laboratoryjną, jedynie Stowarzyszenie
w warszawie jej nie uruchomiło ponownie.
w latach 50-tych z powodu braku zainteresowania działalnością laboratoryjną w dozorze, rozwiązały
się inspektoraty cieplny i elektryczny w Katowicach
oraz laboratoria wodno-kalorymetryczne w Katowicach
i w Poznaniu.
Postęp techniczny w konstrukcji urządzeń technicznych i rozwój nowych technologii spowodowały, że dozór techniczny stanął w obliczu konieczności odtworzenia własnych placówek laboratoryjnych i poszukiwań
nowych metod badawczych. w 1962 r. w strukturze
Urzędu Dozoru Technicznego powołano w Poznańskim Biurze Dozoru Technicznego jednostkę do spraw
pomiarów technicznych i ekspertyz – Inspektorat Pomiarów Cieplnych i Energetycznych. Jednocześnie
w Katowicach rozwijały się Zespoły m.in. Badań nieniszczących. w Poznaniu rozpoczęto budowę nowego
budynku przy ulicy Małeckiego, przeznaczonego na
działalność laboratoryjną. w 1970 r. utworzono trzy
ośrodki laboratoryjno-badawcze w warszawie, Poznaniu i w Katowicach. Ten stan przetrwał do 1981 r., kiedy
to ośrodki te zostały scalone i utworzono Centralne Laboratorium Dozoru Technicznego.
na przełomie 1989-1990 r. rozpoczęto starania
zmierzające do uzyskania akredytacji laboratorium.
wstąpienie UDT do CEOC uzależnione było od posiadania akredytowanego laboratorium. we wrześniu
1992 roku CLDT otrzymało certyfikat akredytacji Laboratorium Badawczego nr 1/92 nadany przez Centralne
Biuro Jakości wyrobów.
Aktualnie, CLDT posiada certyfikaty akredytacji, nadane przez Polskie Centrum Akredytacji w warszawie dla
Laboratorium Badawczego i Laboratorium wzorcującego.
– prowadzenia inspekcji w zakresie tylko niezbędnych
do wykonania badań nieniszczących, przy danym
urządzeniu,
– podniesienia poziomu bezpieczeństwa.
Mechanizmy degradacji materiałów nie są jednak
jedynymi czynnikami mogącymi wpływać na nieprzerwaną eksploatację urządzeń. Dlatego, mimo że badania nieniszczące są bardzo ważnym składnikiem
z punktu widzenia aspektów materiałowych, ocenie
podlegają także systemy zabezpieczające, sterowania
– czyli elementy automatyki. Dopiero ujęcie kompleksowe wszystkich aspektów wpływających na bezpieczeństwo eksploatacji pozwala na wydłużanie czasu
między kolejnymi inspekcjami, przy niezmiennym poziomie akceptowalności ryzyka.
Rysunek 1 przedstawia łańcuch wszystkich aspektów bezpiecznej eksploatacji, do których należą: RBI,
audit systemu zarządzania, ocena HAZOP i SIL, analizy niezawodności oraz badania nieniszczące.
Badania nieniszczące
w kompleksowym podejściu
do inspekcji dozorowej
Obecnie Urząd Dozoru Technicznego podejmuje działania zmierzające do kompleksowego ujęcia
wszystkich aspektów eksploatacji. Przyjęte kierunki
rozwoju zmierzają do zaoferowania użytkownikom pakietu usług z zakresu minimalizacji ryzyka eksploatacji,
z zachowaniem priorytetu bezpieczeństwa. Jednym
z rozwiązań jest Risk Based Inspection. Jest to metoda
planowania inspekcji opierająca się na szczegółowych
analizach ryzyka. Głównym odbiorcą tego rozwiązania
jest przemysł chemiczny i petrochemiczny, dla których
zostały opracowane normy opisujące RBI.
Podstawą RBI jest założenie, że badania nieniszczące eksploatowanych urządzeń technicznych powinny być planowane z uwzględnieniem znajomości stanu
początkowego urządzenia oraz historii jego eksploatacji, a plan badań powinien określać rodzaj i terminy inspekcji, kierując się ryzykiem związanym ze specyfiką
określonego obszaru urządzenia i przy założeniu obniżenia ryzyka oraz kosztów eksploatacji.
Zaletą metody RBI jest indywidualne podejście do
każdego urządzenia, dla którego wykonywana jest
analiza ryzyka. w wyniku analizy użytkownik otrzymuje informacje o lokalizacji obszarów o podwyższonym
ryzyku degradacji i potencjalnych uszkodzeń. Mając na
uwadze poziom akceptowalnego ryzyka, koncentrując
się na tych obszarach można dobrać właściwe metody
i techniki badań, stosownie do spodziewanych nieciągłości lub stopnia degradacji. Uzyskiwane w ramach
planowania inspekcji metodą RBI korzyści dotyczą
przede wszystkim:
– redukcji kosztów eksploatacji, związanych z okresowymi postojami urządzeń,
– zapewnienia wiarygodnych danych do planowania
przyszłych inspekcji,
Rys. 1. Łańcuch aspektów bezpiecznej eksploatacji urządzeń technicznych
Fig. 1. Technical equipment safe operation issues chain
Kompleksowa ocena urządzeń i instalacji to obecne
oczekiwania rynku, dla którego czynniki ekonomiczne,
możliwość ciągłej eksploatacji oraz względy bezpieczeństwa są najistotniejsze. Aktualne trendy w badaniach nDT to miniaturyzacja urządzeń badawczych,
kompleksowość, digitalizacja, łączenie technik i metod,
transmisja danych on-line czy zobrazowanie 3-D.
UDT zmierza do wprowadzenia w swoich działaniach aktualnie znanych i powszechnie stosowanych
metod badań nieniszczących na szeroką skalę, jak
również do zapewnienia naszym klientom dostępu do
badań wysokospecjalistycznych.
Badania nieniszczące
Badania nieniszczące dają odpowiedź na pytanie
o stan urządzenia. Stosowane w przemyśle, jako
narzędzie do monitorowania integralności urządzeń
technicznych, zapewniają bezpieczeństwo ich eksploatacji, pozwalają uniknąć nieplanowanych postojów, a przez to wielomilionowych strat. Z tego względu, przemysł coraz częściej sięga po nowoczesne
Przegląd sPawalnictwa Vol. 86 nr 10/2014
27
nieniszczące techniki kompleksowej oceny stanu
urządzeń. Mowa tu o branży energetycznej, paliwowej czy chemicznej.
Poza rozwojem poszczególnych, dobrze już znanych metod badań nieniszczących, obserwuje się dążenie do łączenia ich w pakiety z przeznaczeniem do
właściwych zastosowań. Ten trend umożliwia wykonywanie szybkiej i trafnej inspekcji za pomocą zaawansowanych technik badań nieniszczących, dając pełny
obraz stanu urządzenia lub nawet całej instalacji.
Zmieniające się regulacje prawne dotyczące bezpieczeństwa eksploatacji, aspekty korozyjne i starzejąca się infrastruktura, konieczność eksploatacji na
podwyższonych parametrach oraz rosnące ceny dóbr
naturalnych, są motorem rozwoju metod i technik badawczych. nie wolno jednak zapomnieć o pewnych
ograniczeniach takich jak szkolenie kadr technicznych
czy brak specjalistów. Dla zapewnienia płynnego rozwoju nDT konieczna jest współpraca między głównymi
graczami na tym polu i płynny przepływ doświadczeń.
Rysunek 2 przedstawia powiązania pomiędzy stronami
zainteresowanymi w dziedzinie nDT.
Metody wizualne i powierzchniowe
Kierunki rozwoju metod wizualnych zmierzają
w stronę prezentacji wyników z zastosowaniem technologii 3D lub umożliwiających precyzyjną ocenę wizualną na podstawie zarejestrowanego podczas badania
obrazu. Zapewnia to kamera plenoptyczna, która zamiast tradycyjnych sensorów optycznych wyposażona
jest w detektor umożliwiający rejestrację obrazu za pomocą długości, wektora i kierunku fali elektromagnetycznej. Późniejsza obróbka, polegająca na odpowiednim dostrojeniu kombinacji parametrów fali umożliwia
uzyskiwanie zmiennej ostrości i głębi obrazu w każdym
jego punkcie, bez konieczności wykonywania serii
zdjęć.
wśród metod powierzchniowych znajdujemy m.in.
Saturated Low Frequency Eddy Current (SLOFEC™),
która wykorzystuje prądy wirowe niskiej częstotliwości.
Jest metodą stosowaną do szybkiego, przesiewowego
identyfikowania obszarów korozyjnych z możliwością
raportowania. Głównym jej zastosowaniem jest kontrola den zbiorników i rurociągów ciśnieniowych i bezciśnieniowych [2, 4].
Metody objętościowe
Rys. 2. Łańcuch aspektów bezpiecznej eksploatacji urządzeń technicznych
Fig. 2. nDT stakeholders relationships.
Obecnie obserwuje się rosnące zainteresowanie
użytkowników urządzeń technicznych możliwością
zapewnienia stosunkowo długiej, bezawaryjnej i nieprzerwanej eksploatacji. Z drugiej jednak strony, rygorystyczne aspekty bezpieczeństwa wymuszają konieczność regularnej kontroli i oceny. Skutkiem tego
jest poszukiwanie coraz to nowych narzędzi do kompleksowej i wiarygodnej oceny stanu materiału, połączeń spawanych i armatury. Przykładowe rozwiązania
są opisywane w publikacjach naukowych i prezentowane na wielu konferencjach, przy czym na uwagę
zasługują nowoczesne techniki oceny wizualnej, coraz
bardziej zaawansowane techniki objętościowe i rosnące znaczenie metod przesiewowych.
w dalszej części referatu przedstawiono przykłady
nowoczesnych metod / technik badań nieniszczących,
które mogą znaleźć zastosowanie w praktyce dozorowej.
28
Przegląd sPawalnictwa Vol. 86 nr 10/2014
Spośród metod objętościowych wymienić należy ultradźwiękowe techniki Phased Array i Time
of Flight Diffraction (TOFD), stosowane samodzielnie, jak również jako składniki szerszego programu
badań. w dużej mierze wypierają one konwencjonalne ultradźwięki bazujące na metodzie echa, ponieważ zapewniają możliwość badania pełnego przekroju, prezentacji wyników na tle geometrii próbki oraz,
w przypadku TOFD – precyzyjnego określenia wymiarów nieciągłości – dzięki wykorzystaniu zjawiska
dyfrakcji fali ultradźwiękowej. Do nieocenionych zalet
obydwu metod należy możliwość rejestracji wyników
badań.
Obserwuje się także wzrost popularności badań ultradźwiękowych Long Range Ultrasonics oraz Guided
Wave, jakkolwiek są to techniki jakościowe.
Radiografia jako metoda bezkontaktowa znajduje
zastosowanie w zasadzie do wszystkich materiałów
i wyrobów. Atrakcyjność jej polega na fakcie, że wyniki
uzyskuje się w formie zapisanego obrazu na błonie lub
w formie elektronicznej.
Do niedawna w radiografii
złączy spawanych
nie stosowano techniki z detektorami cyfrowymi
ze względu na trudności z uzyskaniem odpowiedniej
rozdzielczości. Dzisiaj technika ta została opanowana
i doczekała się normalizacji (Pn-En ISO 17636-2:201306). Jednakże należy ona do najdroższych (radiografia
techniką z błonami należała zawsze do najdroższych
metod nDT), a i technika z detektorami cyfrowymi jest
na razie bardzo droga.
należy zauważyć, że techniki cyfrowe staną się
szybko konkurencyjne, ponieważ przemysł coraz
częściej stawia wymagania związane z niezawodnością urządzeń i czasem wykonywania badań, które
zdecydowanie bardziej podrażają koszty eksploatacji
niż koszty badań. Co prawda ciągle zastosowanie radiografii cyfrowej ogranicza się głównie do laboratorium i dla specjalnych celów, ale rozwój jest kwestią
czasu. Jednym z kierunków rozwoju jest zastosowanie
hybrydowych detektorów mozaikowych (hybrid arrays)
wrażliwych na różne zakresy użytego promieniowania.
Uzyskanie mikroogniska to również jest kwestia czasu
przy aktualnym poziomie elektroniki.
Prowadzone obecnie badania naukowe nad promieniowaniem neutronowym i synchrotronowym otwierają
szeroki zakres zastosowań. Promieniowanie synchrotronowe to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o charakterze nietermicznym, generowane przez
cząstki naładowane, poruszające się w polu magnetycznym z prędkością bliską prędkości światła. Zawiera ono pasma promieniowania X oraz podczerwonego,
widzialnego i ultrafioletu.
niestety, zawsze pozostanie najistotniejsza wada
metody radiograficznej, jaką jest zagrożenie promieniowaniem jonizującym.
Metody przesiewowe
Metody przesiewowe (jakościowe) to szczególne zastosowania niektórych nieniszczących metod konwencjonalnych.
Obserwuje się wzrost popularności badań technikami ultradźwiękowymi takimi jak Long Range Ultrasonics
(Lorus) oraz Guided wave, które znalazły zastosowanie w inspekcji rurociągów w celu wykrywania korozji.
Obydwie techniki należą do grupy ultradźwiękowych
dalekiego zasięgu. w technice Lorus stosowane są
głowice kątowe generujące fale objętościowe. wykorzystywana jest ona do szybkiego przeglądu miejsc
trudnodostępnych, np. pod pierścieniami zewnętrznymi, gdzie z jednego miejsca dostępu wykrywa się
obecność korozji z odległości ok. 1 m.
Guided wave została opracowana w celu wykrywania korozji wewnętrznej i zewnętrznej na długich,
bezkołnierzowych rurociągach, przebiegających na
powierzchni.
Do zalet należy zaliczyć minimalizację obszarów,
z których wymagane jest usunięcie izolacji, ograniczenie czasu inspekcji, możliwość szybkiej i kompleksowej
oceny wstępnej całego rurociągu.
Znane są również specjalne zastosowania „przesiewowe” wykorzystujące zjawiska fizyczne metod radiograficznych czy magnetycznych.
Dla przykładu w badaniu rur (rurociągów) znajduje
zastosowanie technika RTF, która lokalizuje obszary
o zmniejszonej grubości, która jest uzupełniana techniką IRIS jako ilościową. RTF podaje informację uśrednioną, w % ubytku grubości ścianki na obwodzie rury,
zaś IRIS przedstawia mapę grubości i określa grubość
minimalną.
natomiast rury wymienników ciepła mogą być badane technikami przesiewowymi (jakościowymi), wskazującymi obszary uszkodzeń:
– MFL w celu wykrycia korozji wżerowej – drobnych
wżerów,
– RTF wskazującą obszary ubytków grubości ścianki,
– ET wykrywającą wżery, pocienienia ścianki, pęknięcia,
uzupełnione ilościowo techniką IRIS.
IRIS – Ultrasonic Internal Rotary Inspection System
to system pomiaru ultradźwiękowego grubości ścianki głowicą centrycznie skanująca ściankę wewnętrzną
rury, osadzoną współosiowo z obrotowym reflektorem
odbijającym wiązkę w kierunku promieniowym.
MFL – Magnetic Flux Leakage Technique jest techniką elektromagnetyczną. Dwuelementowa głowica
zbudowana jest z przetwornika typu cewka i elementu
Halla. Cewka zbiera i ocenia zmiany strumienia magnetycznego, zaś sonda Halla – strumień całkowity.
RTF – Remote Field Eddy Current Inspection jest
również techniką elektromagnetyczną, która znajduje
zastosowanie do badania rur kotłów i wymienników
ciepła ze stali ferromagnetycznych. wykorzystuje niskie częstotliwości (zwykle 50÷1000Hz).
Sonda RFT składa się z dwóch cewek – wzbudzającej, z prądem zmiennym o niskiej częstotliwości,
wysyłającej sygnał do cewki detektora umieszczonej
w odległości 2,5 średnicy rury.
Szczególne miejsce wśród metod przesiewowych
zajmuje emisja akustyczna. Fale akustyczne generowane w badanym obiekcie pochodzą ze źródeł emisji,
jakimi mogą być wszelkiego rodzaju miejsca wzrostu
pęknięcia lub odkształceń plastycznych oraz inne, aktywne podczas badania, uszkodzenia, np. nieszczelności, rozwarstwienia.
Jest to metoda najczęściej stosowana do monitorowania zmian struktury i integralności strukturalnej zbiorników z tworzyw sztucznych wzmacnianych
włóknem szklanym. niekiedy wykorzystywana jest do
kontroli również metalowych zbiorników ciśnieniowych
i magazynowych.
Metodę zaliczamy do przesiewowych, gdyż daje ona
jedynie odpowiedź na pytanie: czy są czy nie ma źródeł
emisji. w przypadku występowania źródeł emisji znana jest ich lokalizacja i informacja o konieczności wyznaczenia dodatkowych badań nieniszczących w celu
identyfikacji rodzaju wielkości wady, która jest źródłem
emisji. Pn-En 13554 określa zasady metody.
Emisja akustyczna to zjawisko fizyczne, które polega na uwalnianiu się w materiale sprężystych fal
chwilowych wskutek obciążenia. w wyniku obciążenia
i warunków pracy w materiale zachodzą zmiany strukturalne takie jak lokalny wzrost pęknięć, odkształcenie
plastyczne, korozja i przemiany fazowe. Powstające
fale niosą informację o zachowaniu się „wnętrza” materiału, dzięki czemu możliwe jest rejestrowanie zmian
na poziomie mikro. Fale akustyczne wykrywane są za
pomocą czujnika, który ruchy materiału przetwarza
w sygnał elektryczny, który z kolei po przetworzeniu
pozwala na wykrycie źródła emisji.
Metodę emisji akustycznej charakteryzują następujące cechy:
– metoda pasywnej detekcji, która monitoruje dynamiczną odpowiedź materiału na zastosowane obciążenie,
Przegląd sPawalnictwa Vol. 86 nr 10/2014
29
– może być stosowana tylko wtedy, gdy materiał
w urządzeniu jest pod obciążeniem,
– umożliwia wykrycie źródła emisji z kilku metrów odległości,
– umożliwia to kontrolę 100% objętości materiału/
urządzenia,
– wykrywa wzrost wady i zmiany w strukturze materiału, a nie wady statyczne,
– umożliwia monitorowanie w czasie rzeczywistym
wszelkich nieciągłości, które „rosną” pod zastosowanym obciążeniem.
AE jest to metoda, która zwraca uwagę na obecność i położenie rozwijającego się procesu degradacji
w odróżnieniu od większości badań nieniszczących.
w przypadku AE materiał sam uwalnia energię w wyniku degradacji strukturalnej, zaś inne metody wykrywają
istniejące, statyczne nieciągłości geometryczne.
Metoda ma ograniczenia zasadnicze, o których
mówi ww. norma:
– nieciągłości nie rozwijające się, nierosnące podczas
badania pod wpływem przyłożonego obciążenia,
w zasadzie nie generują sygnałów AE,
– powtórne przyłożenie takiego samego obciążenia
nie wywoła emisji z wcześniej zarejestrowanych źródeł przy tym samym obciążeniu (efekt Kaisera polega na tym, że sygnał emisji akustycznej pojawia
się dopiero po przekroczeniu wartości poprzedniego
obciążenia). Materiału pod wpływem naprężenia wyemituje AE tylko wtedy, gdy poziom tego naprężenia
przekracza to, które wcześniej zastosowano,
– metoda jest wrażliwa na obecność szumu procesu
oraz hałasu w otoczeniu. wielokrotnie warunki otoczenia ograniczają lub wręcz uniemożliwiają zastosowanie tej metody w przemyśle.
Podsumowanie
Rozwój technologiczny od lat powodował i powoduje konieczność stosowania odpowiednich metod
diagnostyki technicznej dostosowanych do obowiązujących trendów. Podążanie rozwoju badań za rozwojem techniki de facto staje się już niewystarczające. Tempo wdrażania innowacji w zakresie badań
nieniszczących powinno być skorelowane z postępem technologicznym w niemal wszystkich obszarach dziedzin inżynierii.
Dobrze poznane metody badań wyróżniają się
pewnymi innowacyjnymi zastosowaniami technik
badawczych. Istotą ogólnie pojętego rozwoju w obszarze diagnostyki jest przeniesienie wypracowywanych rozwiązań z laboratoriów i politechnik na
poligon urządzeń technicznych, by ich użytkownicy
mieli pewność, że eksploatacja nie zagraża bezpieczeństwu.
Literatura
[1]
[2]
Ustawa warszawskiego Stowarzyszenia Dla Dozoru Kotłów
Parowych i Przepisy…zatwierdzona przez Ministra Handlu
i Przemysłu 25.12 (7.01) 1910/1 r.
Bönisch, KontrollTechnik, Schwarmstedt, Germany, F.H.
Dijkstra , J.A. de Raad Röntgen Technische Dienst bv, Rotterdam, The netherland - Magnetic Flux and SLOFEC Inspection of Thick walled Components 15 wCnDT, Rzym –
publikacja na www.ndt.net
[3]
[4]
[5]
Tubing inspection using multiple ndt techniques - Fathi E. AlQadeeb, 3rd MEnDT - Middle East nondestructive Testing
Conference & Exhibition – Bahrain.
Fast corrosion screening technique – Innospection – publikacja na www.innospection.com
Pn-En 13554:2004 (U) Badania nieniszczące - Emisja akustyczna - Zasady ogólne.
przeglad
Welding technology Re iew
30
Przegląd sPawalnictwa Vol. 86 nr 10/2014